有機(jī)-無機(jī)肥配施對(duì)水稻氮素吸收利用率的影響

周運(yùn)陸 張永發(fā) 陳仕遷 張龍 王文斌

(1 樂東黎族自治縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 海南樂東 572500;2 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所 海南海口 571101)

培育高產(chǎn)高效、環(huán)境友好、綠色優(yōu)質(zhì)型水稻是種業(yè)新業(yè)態(tài)下提出的新要求。海南省樂東縣地處熱帶北緣，屬熱帶季風(fēng)氣候，自然條件優(yōu)越，有著豐富的生物和土壤資源，水熱條件優(yōu)越，適合各種熱帶作物的生長(zhǎng)，生產(chǎn)潛力大，是海南省發(fā)展熱帶特色高效農(nóng)業(yè)的黃金寶地?？茖W(xué)施肥是提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改良土壤質(zhì)量的重要措施之一。

化肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基礎(chǔ)、最重要的生產(chǎn)資料。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，化肥約占農(nóng)作物增產(chǎn)總份額的40%～60%。中國(guó)能以世界7%的耕地養(yǎng)活世界22%的人口，可以說化肥起到了舉足輕重的作用。水稻是我國(guó)單產(chǎn)最高、總產(chǎn)最多的糧食作物，全國(guó)65%以上人口以稻米為主食。近年來，農(nóng)民、專業(yè)合作社及企業(yè)為提高水稻產(chǎn)量獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益，不斷加大農(nóng)田化肥用量，尤其是氮肥投入量，而有機(jī)肥料的施用較少。過量施用氮肥不僅會(huì)導(dǎo)致水稻生產(chǎn)成本高，效益低，也會(huì)加劇病蟲害突發(fā)，降低稻米品質(zhì)［1-2］，還會(huì)降低氮肥的利用效率，造成資源浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)面源污染［3-5］。有機(jī)肥料不僅能為水稻生長(zhǎng)提供豐富養(yǎng)分，還能合成土壤腐殖質(zhì)，達(dá)到改善土壤物理結(jié)構(gòu)、增加土壤膠體數(shù)量和質(zhì)量、提高土壤保肥供肥能力的目的。大量研究表明［6］，施用有機(jī)-無機(jī)肥料不僅可獲得比單獨(dú)施用化肥更高或持平的稻谷產(chǎn)量，還能調(diào)控氮素養(yǎng)分供應(yīng)狀況，改善土壤供氮能力。有機(jī)肥氮替代化肥氮20%左右時(shí)，水稻的氮素積累量最高［7］。筆者通過田間小區(qū)試驗(yàn)，在等氮量替代條件下，探討有機(jī)肥氮替代化肥氮對(duì)水稻產(chǎn)量和氮素吸收利用率的影響，以期為水稻生產(chǎn)上合理施用有機(jī)肥提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019 年2—6 月在海南省樂東縣利國(guó)鎮(zhèn)新豐洋進(jìn)行。該區(qū)地處平原地帶，熱帶海洋氣候，雨量充沛，陽光充足，年均降水量1 174.4 mm，年平均氣溫為25.7℃。試驗(yàn)地實(shí)施“稻-瓜菜”水旱輪作模式，前茬為甜玉米，土壤為水稻土，0～20 cm 土壤基本理化性質(zhì)為：pH 6.16，有機(jī)質(zhì)1.78%，堿解氮48.63 mg/kg，有效磷96.74 mg/kg，速效鉀98.45 mg/kg。

1.1.2 試材

供試作物水稻，品種為特優(yōu)128。氮肥為尿素（N 46%），磷肥為鈣鎂磷肥（P2O516%），鉀肥為氯化鉀（K2O，60%），有機(jī)肥為羊糞。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3 次，完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。各處理分別為：不施氮肥（M0）、25%有機(jī)肥氮替代氮化肥（M1）、50%有機(jī)肥氮替代氮化肥（M2）、75%有機(jī)肥氮替代化肥氮（M3）、100% 有機(jī)肥氮替代化肥氮（M4）、單施化肥氮（M5）。

采用田間小區(qū)試驗(yàn)，所有處理的磷、鉀養(yǎng)分投入一致。試驗(yàn)地面積為1 500 m2，小區(qū)面積為27 m2，每個(gè)小區(qū)做田埂并覆蓋薄膜以防止竄水竄肥，單排單灌。優(yōu)化施肥處理施用量為N、P2O5、K2O 分別為 179.4、54 和 135 kg/hm2；有機(jī)肥施用量為40.59 t/hm2。氮肥均按40%基肥、35%分蘗肥和25%幼穗分化肥施入；磷肥、有機(jī)肥均作基肥一次性施入；鉀肥均按40%基肥、20%分蘗肥和40%幼穗分化肥施入。采用大田育秧，于秧苗4葉期選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的幼苗進(jìn)行移栽，移栽時(shí)間為2019 年2月26 日，行株距為20 cm×20 cm，每穴2～3 株。田間管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣保持一致。

1.2.2 項(xiàng)目測(cè)定

1.2.2.1 水稻產(chǎn)量測(cè)定與考種

成熟期各小區(qū)單打單收，取500 g 稻谷帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，換算含水率，以13.5%的標(biāo)準(zhǔn)含水率計(jì)算稻谷產(chǎn)量。測(cè)產(chǎn)前每個(gè)小區(qū)由對(duì)角線取10 穴水稻作為考種樣品，調(diào)查穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重等。

1.2.2.2 植株氮素含量測(cè)定

于水稻成熟期，在各小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的10穴水稻樣品，去除根系，帶回實(shí)驗(yàn)室。將其分為稻稈和稻谷，于105℃殺青30 min，75℃烘干至恒量，換算水稻干物質(zhì)重。各部位樣品經(jīng)過磨碎、過1.0 mm 篩，稱取0.10 g 植物樣品，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量。

1.2.2.3 土壤堿解氮含量

試驗(yàn)前后按照“S”型采樣法，均勻采集各小區(qū)0～20 cm 耕層混合土樣，土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過風(fēng)干、過篩后，用凱氏定氮法測(cè)定土壤堿解氮含量。

1.2.2.4 相關(guān)項(xiàng)目計(jì)算

氮肥農(nóng)學(xué)利用率＝（施氮區(qū)產(chǎn)量－空白產(chǎn)量）/氮肥施用量

氮肥生理利用率＝（施氮區(qū)產(chǎn)量－空白產(chǎn)量）/（施氮區(qū)地上部吸氮量－空白地上部吸氮量）

氮肥吸收利用率＝（施氮區(qū)地上部吸氮量－空白地上部吸氮量）/氮肥施用量×100%

水稻氮素收獲指數(shù)＝籽粒氮素吸收量/植株氮素累積量

水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率＝水稻籽粒產(chǎn)量/成熟期氮素積累量；水稻氮肥偏生產(chǎn)力＝施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量［8-10］。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

通過Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和制圖，采用SAS 9.1.3 軟件對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行方差分析，各處理的比較采用最小顯著差數(shù)（LSD）法。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)-無機(jī)肥配施對(duì)稻田土壤堿解氮含量的影響

由表1可知，隨著水稻生長(zhǎng)期的推進(jìn)，不同處理土壤堿解氮含量均呈逐漸降低趨勢(shì)。在水稻不同生育時(shí)期，土壤堿解氮含量均以不施氮肥的M0處理為最小，拔節(jié)期和抽穗期，土壤堿解氮含量以25%有機(jī)肥氮替代化肥氮的M1 處理最高，成熟期以50%有機(jī)肥氮替代化肥氮的M2 處理最高。拔節(jié)期，M1～M4 處理土壤堿解氮含量分別比M2 處理顯著增加23.71%、18.62%、20.54%、14.71%；M5處理土壤堿解氮含量雖比M0增加8.75%，但差異不顯著；M1 處理土壤堿解氮含量比M5 處理顯著增加13.76%；M1、M2、M3 和M4 處理間差異均不顯著。抽穗期，M1 到M4 處理土壤堿解氮含量分別比M0 處理顯著增加 29.30%、21.04%、24.22%；M4 和 M5 處理土壤堿解氮含量分別比M0 處理增加16.36%和9.92%，但差異均不顯著；M1 處理土壤堿解氮含量比 M5 處理顯著增加 17.63%；M1、M2、M3、M4 處理間差異均不顯著。成熟期，M1～M4 處理土壤堿解氮含量分別比M0 處理顯著增加23.16%、27.90%、22.63%、22.63%；M5 處理土壤堿解氮含量比M0 處理增加13.15%，但差異不顯著；M1、M2、M3、M4處理間差異均不顯著?？傮w來看，有機(jī)肥氮替代化肥氮能顯著增加土壤堿解氮含量，其中以25%有機(jī)肥氮替代效果最好，單施化肥氮效果不明顯。

表1 不同處理土壤堿解氮含量情況 單位：mg/kg

2.2 有機(jī)-無機(jī)肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

從圖1 可知，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮的M1 處理水稻產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理，不施氮肥的M0 處理水稻產(chǎn)量最低。M1、M3、M4、M5 處理水稻產(chǎn)量分別比M0處理提高30.20%、12.28%、12.28%、18.27%；M2 處理水稻產(chǎn)量比 M0 處理提高 10.40%，但差異不顯著；M2、M3、M4 處理水稻產(chǎn)量接近，差異不顯著。表明等氮量替代條件下，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮能夠保證水稻產(chǎn)量，過高或過低的有機(jī)肥氮替代化肥氮比例均不利于水稻高產(chǎn)。

圖1 有機(jī)肥氮替代化肥氮對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

2.3 有機(jī)-無機(jī)肥配施對(duì)水稻氮素累積量的影響

由圖2 可知，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮的M1 處理水稻氮素累積量最高，顯著高于其他處理，不施氮肥的M0 處理水稻氮素累積量最低。M1～M5 處理水稻氮素累積量分別比M0 處理顯著提高115.70%、 66.55%、 67.63%、 66.06%、 92.15%，M2、M3、M4 處理間差異不顯著。說明等氮量替代條件下，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮能夠提高水稻的氮素累積量。

圖2 有機(jī)肥氮替代化肥氮對(duì)水稻氮素累積量的影響

2.4 有機(jī)-無機(jī)肥配施對(duì)水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率和氮素收獲指數(shù)的影響

從圖3可以看出，100%有機(jī)肥氮替代化肥氮的M4 處理水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率最高，全施化肥氮的M5 處理水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率最低。M1、M2、M3、M4 處理水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率分別比M0 處理提高 2.47%、4.43%、3.30%、5.36%，M5 處理比 M0處理水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率降低8.38%。方差分析表明，各處理水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率接近，差異不顯著，單施化肥氮不利于提高水稻的氮素籽粒生產(chǎn)效率。

圖3 有機(jī)肥氮替代化肥氮對(duì)水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率的影響

由圖4 可知，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮的M1 處理水稻氮素收獲指數(shù)最高，顯著高于M2、M3、M4、M5 處理，50%有機(jī)肥氮替代氮化肥氮的M2 處理水稻氮素收獲指數(shù)最低。M1 處理水稻氮素收獲指數(shù)比M0 處理提高4.35%，但差異不顯著；M2～M5 處理水稻氮素收獲指數(shù)分別比M0 處理顯著降低9.10%、6.06%、3.03%、4.55%。表明等氮量替代條件下，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮能夠提高水稻的氮素收獲指數(shù)。

圖4 有機(jī)肥氮替代化肥氮對(duì)水稻氮素收獲指數(shù)的影響

2.5 有機(jī)-無機(jī)肥配施對(duì)水稻氮素利用率的影響

由表2 可知，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮的M1 處理水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率最高，顯著高于其他處理，50%有機(jī)肥氮替代化肥氮處理的水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率最低；M1 處理水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別比M2、M3、 M4、 M5 處 理 顯 著 提 高 190.13%、 146.01%、146.01%、65.90%，但M2、M3、M4、M5 處理間差異不顯著。于氮肥吸收利用率而言，M1 處理水稻吸收利用率最高，M4 處理水稻吸收利用率最低；M1處理水稻吸收利用率分別比M2、M3、M4 顯著提高89.09%、84.03%、91.71%，比M5處理提高11.64%，但差異不顯著。于氮肥生理利用率而言，M1 處理水稻氮肥生理利用率最高，M2 處理水稻氮肥生理利用率最低；M1 水稻氮肥生理利用率比M2 處理顯著提高98.87%，比M3、M4、M5 分別提高80.09%、68.06%、67.47%，但差異不顯著。于氮肥偏生產(chǎn)力而言，M1 處理水稻氮肥偏生產(chǎn)力最高，顯著高于M2、M3、M4、M5 處理，M2 處理水稻氮肥偏生產(chǎn)力最低；M1處理水稻氮肥偏生產(chǎn)力分別比M2、M3、M4、M5 處理顯著提高 17.92%、15.96%、15.96%、10.15%，但M2、M3、M4、M5 處理間差異不顯著。說明在等氮量替代條件下，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮，在保證水稻產(chǎn)量的同時(shí)，使水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生產(chǎn)力均得到不同程度提高。

表2 有機(jī)-無機(jī)肥配施對(duì)水稻氮素利用率的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

大量研究［11-13］表明，施用有機(jī)肥有利于提升土壤肥力。有機(jī)-無機(jī)肥合理配施，能大幅增加土壤微生物量，擴(kuò)充土壤養(yǎng)分容量，有利于培肥土壤和農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。有機(jī)-無機(jī)肥配合施用，擁有更豐富的養(yǎng)分，可讓農(nóng)作物不同生長(zhǎng)期都能及時(shí)得到需要的養(yǎng)分，進(jìn)而增加農(nóng)作物產(chǎn)量，維持和提高土壤質(zhì)量。我國(guó)人口眾多，耕地面積較少，糧食需求量大，只有增加單位面積糧食產(chǎn)量，才能增加糧食總產(chǎn)量。目前，我國(guó)糧食生產(chǎn)存在高投入高輸出現(xiàn)狀，氮肥施用量巨大，世界上30%的氮肥都撒在中國(guó)的土地上，我國(guó)水稻的氮肥用量占世界水稻的氮肥施用總量的37%［14］。與國(guó)外相比，我國(guó)化肥施用量過多，肥力利用率低。可見，合理施用化肥，提高肥料利用率勢(shì)在必行。魏靜等［15］在水稻上采用80%有機(jī)肥氮替代化肥氮時(shí)，其氮素農(nóng)學(xué)效率、氮肥吸收利用率和貢獻(xiàn)率達(dá)到最大，依次為21.0 kg/kg、51.8%和76.9%，繼續(xù)增施無機(jī)氮時(shí)，水稻氮肥偏生產(chǎn)力、吸收利用率和氮素農(nóng)學(xué)效率均呈負(fù)相關(guān)。張發(fā)明等［16］通過有機(jī)肥（牛糞）與化肥不同配施表明，隨著氮肥施用量增加，水稻氮素吸收利用率呈逐漸上升的趨勢(shì)，與氮肥施用量呈極顯著正相關(guān)；氮肥偏生產(chǎn)率呈逐漸減低的趨勢(shì)，與氮肥施用量呈顯著負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在氮素總量一致的條件下，隨著水稻生育期的不斷推進(jìn)，不同施肥處理土壤堿解氮含量均呈逐漸降低趨勢(shì)，這與張國(guó)榮等［17］在水稻上的研究結(jié)果基本一致。周江明［7］研究表明，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮能夠提高水稻氮素積累量和氮素利用率；20%有機(jī)肥氮替代化肥氮時(shí)，水稻氮素累積量達(dá)最高；20%～40%有機(jī)肥氮替代化肥氮時(shí)，稻米品質(zhì)較好。劉紅江［18］等研究報(bào)道，在等氮量替代條件下，單施化肥水稻氮素籽粒生產(chǎn)效率最高。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，25%有機(jī)肥氮替代化肥氮水稻產(chǎn)量最高，顯著高于50%、75%和100%有機(jī)肥氮替代化肥氮、不施化肥氮及單施化肥氮處理；25%有機(jī)肥氮替代化肥氮和單施化肥氮處理水稻氮素累積量最佳；25%有機(jī)肥氮替代化肥氮可顯著提高水稻氮肥農(nóng)學(xué)利用率、水稻吸收利用率、氮肥生理利用率及水稻偏生產(chǎn)力；這與前人的研究結(jié)果［19-20］相似。

3.2 結(jié)論

在等氮量替代條件下，提高水稻氮素吸收利用效率，采用25%有機(jī)肥氮替代化肥氮，是一種相對(duì)合適的替代比例。關(guān)于有機(jī)-無機(jī)不同配施對(duì)土壤微生物活性和養(yǎng)分庫(kù)的影響，以及如何調(diào)控稻田氮素施用技術(shù)，還需根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡亓l件作進(jìn)一步深入探討。